Un modello idrodinamico tridimensionale spiega la natura dei resti di supernova “mixed-morphology”

I resti di supernova sono nebulose in rapida espansione prodotte dalle esplosioni di supernova, spesso caratterizzate da una morfologia complessa conseguenza dell’interazione con il mezzo ambiente. Questi oggetti sono sorgenti di radiazione in varie bande dello spettro elettromagnetico. Questo è dovuto alla varietà di fenomeni che caratterizzano i resti di supernova, ed alle diverse condizioni fisiche (come temperatura e densità) delle componenti che li costituiscono, come le nubi compresse e riscaldate dall’onda d’urto generata dall’esplosione, gli ejecta di plasma espulso dalla supernova su cui impatta l’onda d’urto inversa, o eventualmente la stella a neutroni al centro del resto di supernova, generata dal collasso gravitazionale del nucleo della stella esplosa. Una particolare classe di resti di supernova è costituita dai resti di tipo “mixed-morphology”, caratterizzati da un guscio esterno visibile alle onde radio, che delimita una regione sorgente di radiazione termica ai raggi X. Sono state proposte varie teorie per spiegare la formazione di resti di supernova di questo tipo. Secondo l’ipotesi più accreditate, le proprietà di questa classe di resti di supernova sono la conseguenza dell’interazione tra il resto di supernova ed un mezzo ambiente circostante denso e fortemente disomogeneo.

 

Il resto di supernova IC443 è uno dei resti di tipo “mixed-morphology” più studiati. Alla distanza di circa 4900 anni luce, e con un’estensione angolare di 50 minuti d’arco (per confronto, la Luna piena ha un diametro di 31 minuti d’arco), questo resto di supernova ha una morfologia complessa, la cui struttura principale è costituita da due gusci di forma quasi circolare e dimensione diversa. La morfologia di IC443 è il risultato dell’interazione con densi nubi di mezzo ambiente a nord-ovest, sud-est e nord-est. L’emissione ai raggi X di IC443 è composta da radiazione termica diffusa, emessa dall’interno del resto di supernova, ed emissione più energetica, sia termica che non termica, proveniente o dagli ejecta e da regioni del mezzo ambiente compressi e riscaldati dall’onda d’urto, o dal plerione, ossia una nube di plasma formata dal vento emesso dalla stella a neutroni in IC443. Studi precedenti guidati da astronomi dell’Osservatorio Astronomico di Palermo hanno ottenuto importanti risultati per la comprensione dell’evoluzione di questo resto di supernova e dell’esplosione che lo ha generato. Gli autori di uno studio del 2008 (link) hanno suggerito che IC443 è evoluto all’interno di una bolla di materiale creata dal vento stellare della progenitrice durante le sue ultime fasi evolutive. Uno studio più recente (link) ha identificato una struttura a jet ricca di magnesio all’interno del resto di supernova, la cui direzione coincide con la posizione della stella di neutroni ai tempi dell’esplosione della supernova che ha generato IC443.

 

In uno studio recente, descritto nell’articolo: “Modeling the mixed-morphology supernova remnant IC 443. Origin of its complex morphology and X-ray emission“, che sarà presto pubblicato sulla rivista Astronomy & Astrophysics, il team guidato dall’astrofisica S. Ustamujic (INAF – Osservatorio Astronomico di Palermo) ha sviluppato un modello idrodinamico tridimensionale dell’evoluzione del resto di supernova IC443 per 10000 anni, includendo l’interazione con il mezzo ambiente circostante. Il modello riesce a spiegare la morfologia del resto di supernova ed a riprodurre molte delle sue caratteristiche. Questo è il primo modello che riesce a riprodurre le proprietà di un resto di supernova di tipo “mixed-morphology”. Ad esempio, esso mostra come le nubi circostanti riescano a confinare l’espansione di IC443 a nord-est ed a sud-est, mentre il resto di supernova rimane libero di espandersi a sud-ovest. Inoltre, il modello ha permesso agli autori dello studio di comprendere la natura della radiazione X emessa da IC443. L’emissione termica centrale è riprodotta assumendo che l’esplosione sia avvenuta in corrispondenza del plerione di IC443, nonostante questo non si trovi al centro del resto di supernova. Nell’articolo è dimostrato che questa componente dell’emissione di raggi X viene sintetizzata bene dal modello proprio assumendo che il plerione non sia localizzato al centro di IC443, il che fornisce una prova importante sulla sua appartenenza al resto di supernova. L’emissione ai raggi X disomogenea ed irregolare è emessa dagli ejecta con una relazione tra l’energia della radiazione emessa e la temperatura degli ejecta: quelli più freddi emettono radiazione termica meno energetica mentre quelli riscaldati dalle onde d’urto che si riflettono ripetutamente nella cavità nel mezzo ambiente dentro la quale si evolve IC443 emettono la componente più energetica. Alla componente meno energetica di radiazione ai raggi X si aggiunge anche il contributo proveniente dalle nubi compresse e riscaldate dall’espansione del resto di supernova. Il modello vincola anche la massa degli ejecta espulsi dalla supernova (7 masse solari), l’energia dell’esplosione di supernova (10⁵¹ erg), e l’età del resto di supernova (circa 8000 anni). Allo studio hanno anche partecipato astronomi dell’Università degli Studi di Palermo e dell’Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica di Palermo.

 

L’immagine (cliccare qua per visualizzare la figura interamente) mostra la distribuzione di densità di IC443 prevista dal modello a 8400 anni dall’esplosione. Il modello è osservato da diverse direzioni: lungo la linea di vista (pannelli a sinistra) e rotato di 90 gradi attorno l’asse z (pannelli a destra). Le superfici opache corrispondono a valori di densità corrispondenti all 1% (pannelli in alto) e 5% (pannelli in basso) del valore di picco. I colori codificano la velocità radiale degli ejecta in unità di 1000 km/sec. La superficie semitrasparente mostra la posizione dell’onda d’urto, mentre la struttura toroidale semitrasparente rappresenta la nube molecolare. Le animazioni ottenute da questo modello possono essere visualizzati a questo link. E’ inoltra possibile visualizzare delle animazioni 3D del modello a quest link ed a questo link.

 

Mario Giuseppe Guarcello  ( segui mguarce) ( youtube)

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